Durometer: Präzise Härteprüfung für Gummi und Kunststoff

Wie stellen Sie sicher, dass Materialien wie Gummi oder Kunststoffe die richtige Härte für Ihre Anwendung haben? Hier kommt ein Durometer ins Spiel, ein Gerät, das die Härte genau und zuverlässig misst. Von weichen Silikondichtungen bis hin zu starren Kunststoffkomponenten: Wenn Sie wissen, was ein Durometer ist, können Sie fundierte Entscheidungen über die Materialleistung treffen.

In diesem Artikel erfahren Sie, was ein Durometer ist, wie man einen Shore-Durometer Härteprüfung und die wichtigsten Unterschiede zwischen Werkzeugen wie dem Shore-A-Härteprüfgerät und dem Shore-D-Härteprüfgerät. Mit diesem Wissen können Sie sicher das richtige Prüfgerät für genaue und wiederholbare Ergebnisse auswählen.

Was ist ein Durometer?

A Durometer ist ein Spezialwerkzeug zum Messen der Härte von Materialien wie Gummi, Elastomeren und Kunststoffen. Es bewertet die Widerstandsfähigkeit eines Materials gegen Eindrücke und liefert einen numerischen Wert auf einer standardisierten Durometerskala. Diese Werte helfen dabei zu bestimmen, ob ein Material für bestimmte Anwendungen geeignet ist, von weichen Silikondichtungen bis hin zu starren Kunststoffkomponenten.

Die Definition des Durometers stammt aus dem Shore-Härtesystem, das in den 1920er Jahren von Albert Ferdinand Shore entwickelt wurde. Heute ist es weltweit als Standardmethode für Härteprüfungen nichtmetallischer Materialien anerkannt. Wenn jemand fragt: „Was ist Durometerhärte?“, liegt die Antwort in der Fähigkeit des Werkzeugs, konsistente und zuverlässige Härtemessungen zu liefern, die in allen Branchen unverzichtbar sind.

Durometer liefern nicht nur Härtewerte, sondern bieten auch Einblicke in das Materialverhalten unter Belastung, wie Boyces Studie über Spannungs-Dehnungs-Beziehungen in Elastomeren (Rubber Chemistry and Technology) zeigt.

In Verbindung stehender Artikel: Verbesserung der Qualität von Gummiproben: QualitestDie Lösung von für Sikas Testbedarf 

Wie funktionieren Durometer?

Ein Durometer misst die Härte eines Materials, indem es einen Eindringling in die Oberfläche drückt und den Widerstand berechnet. Das Ergebnis wird auf einer Durometerskala angezeigt, wobei es verschiedene Skalen gibt, wie Shore A für weiches Gummi und Shore D für härtere Kunststoffe. Jede Skala verwendet spezielle Eindringlinge und Federkräfte, um den Materialeigenschaften zu entsprechen und genaue Messwerte zu gewährleisten.

Das Verständnis der Unterschiede zwischen den Shore-A- und Shore-D-Skalen ist für genaue Tests von entscheidender Bedeutung. Studien zur Skalenumrechnung liefern klare Hinweise zur Interpretation der Ergebnisse über verschiedene Skalen hinweg (Mix & Giacomin, ASTM Journal of Testing and Evaluation).

In Verbindung stehender Artikel: IRHD vs. Shore: Ein vollständiger Leitfaden für Profis

Bei einem Härtetestverfahren mit einem Shore-Durometer wird eine flache Probe mit ausreichender Dicke vorbereitet, um den „Ambosseffekt“ zu vermeiden. Der Durometer wird senkrecht auf die Oberfläche aufgebracht und der Härtewert wird sofort angezeigt. Analoge Modelle sind einfach und langlebig, während digitale Versionen Funktionen wie präzise Messwerte und Datenspeicherung bieten.

Ein Durometer ist ein Vergleichsinstrument, kein absolutes Maß. Sein Wert liegt darin, konsistente, wiederholbare Ergebnisse für alle Materialien zu liefern und Ihnen so dabei zu helfen, Qualität und Leistung für Ihre Anwendung sicherzustellen.

In Verbindung stehender Artikel: Zugfestigkeit vs. Durometer: Ein wichtiger Leitfaden

Durometer-Skalen verstehen

Durometer-Skalen sind standardisierte Systeme zur Messung der Materialhärte, die auf verschiedene Materialien zugeschnitten sind. Die gebräuchlichsten Skalen sind Shore A und Shore D, die sich jeweils auf weiche und harte Materialien beziehen. Diese Skalen ermöglichen präzise Vergleiche innerhalb ähnlicher Materialkategorien wie Gummi, Elastomere und Kunststoffe.

• Shore A Durometer-Skala: Ideal für flexible Materialien wie Gummibänder, Dichtungen und weiche Polymere. Die Skala reicht von 0 (sehr weich) bis 100 (sehr hart). Ein Autoreifen hat beispielsweise normalerweise eine Härte von 65-70 Shore A.
• Shore-D-Durometer-Skala: Wird für härtere Materialien verwendet, darunter Hartkunststoffe und Thermoplaste. Es überschneidet sich mit dem oberen Ende der Shore-A-Skala, mit Werten von 50 bis 100.

Andere, weniger gebräuchliche Skalen wie Shore OO für weiche Gele und Schäume oder Shore O für Textilwicklungen erweitern die Vielseitigkeit von Durometern. Obwohl diese Skalen spezialisiert sind, bleiben Shore A- und Shore D-Durometer der Industriestandard.

Die Härteprüfgeräte Shore A und Shore D verwenden unterschiedliche Eindringkörperspitzen und Federkräfte, um den Materialeigenschaften gerecht zu werden. Beispielsweise verwendet das Shore-A-Prüfgerät einen kegelstumpfförmigen Eindringkörper mit 822 Gramm Kraft, während das Shore-D-Prüfgerät einen spitzeren Kegel mit 10 Pfund Kraft verwendet.

Jede Skala ist für bestimmte Materialkategorien konzipiert. Die Studie „Exact Analytical Durometer Hardness Scale Interconversion“ beispielsweise bietet Methoden zur Übersetzung von Härtewerten zwischen verschiedenen Skalen und stellt so Kompatibilität und Konsistenz beim Vergleich verschiedener Materialien sicher.

Für genaue Tests ist es wichtig, die richtige Skala für Ihr Material zu kennen. Der falsche Gebrauch von Skalen kann zu falschen Messwerten führen und die Leistung des Materials in Anwendungen beeinträchtigen.

Mehr lesen:  Den Shore-Härte-Test verstehen: Methode, Formel und Diagramm

Arten von Durometern

Durometer gibt es in verschiedenen Typen, die jeweils auf spezifische Testanforderungen und Materialien zugeschnitten sind. Das Verstehen der verschiedenen Optionen gewährleistet genaue Messungen und eine verbesserte Effizienz bei der Qualitätskontrolle. Lassen Sie uns die wichtigsten Typen untersuchen, darunter das immer beliebter werdende automatische Durometer.

1. Analoge Durometer

Analoge Durometer sind die traditionelle Wahl zur Messung der Härte. Sie verfügen über ein einfaches mechanisches Messgerät, das den Messwert anzeigt, und sind für ihre Langlebigkeit und einfache Bedienung bekannt. Analoge Modelle werden häufig in Umgebungen eingesetzt, in denen erweiterte Funktionen nicht erforderlich sind, und bieten zuverlässige Leistung für Standardanwendungen.

2. Digitale Durometer

Digitale Durometer Verbessern Sie die Präzision und den Benutzerkomfort. Sie sind mit einer elektronischen Anzeige ausgestattet, liefern genaue Messwerte und verfügen häufig über erweiterte Funktionen wie Datenspeicherung, automatische Mittelwertbildung und Konnektivität zu externen Systemen. Digitale Modelle sind ideal für Anwendungen, die eine detaillierte Dokumentation erfordern oder bei denen schnelle, wiederholbare Ergebnisse entscheidend sind.

3. Automatische Durometer

Automatische Durometer Optimieren Sie das Testen mit Funktionen wie motorisierter Eindringung und programmierbaren Einstellungen. Integrierte IoT-Funktionen ermöglichen die Datenerfassung, -analyse und -berichterstattung in Echtzeit und machen sie für Branchen wie die Luft- und Raumfahrt und die Fertigung unverzichtbar.

In Verbindung stehender Artikel: Härteprüfung der nächsten Stufe: Vorstellung des automatischen Durometers – Automatischer Shore IRHD-Härteprüfer

4. Spezial-Durometer

Spezialhärtemessgeräte sind für einzigartige Materialien und Testszenarien konzipiert:

• Shore-A-Härteprüfer: Perfekt für weichere Materialien wie Gummi, Elastomere und weiche Kunststoffe. Wird häufig für Dichtungen, O-Ringe und Schuhsohlen verwendet.
• Shore-D-Härteprüfer: Am besten geeignet für härtere Materialien wie Hartkunststoffe und Thermoplaste, darunter beispielsweise Golfbälle und Industriekomponenten.
• Shore-OO-Durometer: Ideal für extrem weiche Materialien wie Schäume, Gele und Schwämme.
• Mikro-Durometer: Entwickelt für dünne Materialien oder kleine Proben und gewährleistet präzise Ergebnisse ohne Störungen durch darunter liegende Oberflächen.

5. Tragbare Durometer

Tragbare Durometer sind leicht und im Feldeinsatz einfach zu verwenden. Sie ermöglichen Härteprüfungen vor Ort, ohne dass ein Laboraufbau erforderlich ist, und sind daher ideal für die Qualitätskontrolle in Fertigungs- und Bauumgebungen.

Anwendungen in allen Branchen

Durometer spielen eine wichtige Rolle bei der Sicherstellung der Qualität, Leistung und Haltbarkeit von Materialien in verschiedenen Branchen. Durch die Bereitstellung genauer Härtemessungen helfen sie Herstellern bei der Auswahl und Bewertung von Materialien, die für bestimmte Anwendungen geeignet sind. So werden Durometer in verschiedenen Bereichen eingesetzt:

1. Gummi- und Elastomerprüfung

Der Shore-A-Härtegrad wird in der Gummiindustrie häufig verwendet, um die Härte von Materialien wie O-Ringen, Dichtungen und Versiegelungen zu messen. Diese Komponenten benötigen eine präzise Härte, um Flexibilität, Haltbarkeit und Dichtheit in Anwendungen wie Automobil- und Sanitärsystemen zu gewährleisten.

Bei Elastomerprüfungen geben Shore-Härtewerte Aufschluss darüber, wie sich Materialien unter Belastung verhalten. Eine in Rubber Chemistry and Technology veröffentlichte Studie ordnet die Shore-A- und D-Härte dem Spannungs-Dehnungs-Verhalten zu und unterstreicht damit den praktischen Wert dieser Tests in Automobil- und Industrieanwendungen.

In Verbindung stehender Artikel: So messen Sie die Gummihärte: Methoden, Werkzeuge und bewährte Verfahren

2. Kunststoffe und Thermoplaste

In der Kunststoffindustrie ist der Shore-D-Härtemesser unverzichtbar, um die Härte von starren und halbstarren Materialien zu testen. Produkte wie Autoteile, Gerätekomponenten und Verpackungsmaterialien profitieren von konsistenten Härtemessungen, um die strukturelle Integrität und Zuverlässigkeit aufrechtzuerhalten.

3. Schaum- und Gelanwendungen

Spezielle Härteskalen wie Shore OO werden zum Testen weicher Materialien wie Schäume, Gele und Schwämme verwendet. Diese Materialien sind in Branchen wie Bettwaren, medizinische Polsterungen und Konsumgütern von entscheidender Bedeutung, in denen Weichheit und Komfort wichtige Aspekte sind.

4. Automobilindustrie

Der Automobilsektor verlässt sich bei Komponenten wie Reifen, Buchsen und Dichtungen auf Durometer. Genaue Härtemessungen stellen sicher, dass diese Teile Belastungen standhalten, Geräusche reduzieren und ein reibungsloses Fahrerlebnis bieten. Je nach Flexibilität des Materials werden sowohl Shore A- als auch Shore D-Härteprüfgeräte verwendet.

5. Luft- und Raumfahrt und Verteidigung

In der Luft- und Raumfahrt hat die Materialhärte direkte Auswirkungen auf Leistung und Sicherheit. Durometer testen Elastomere, die in Dichtungen und Isolierungen verwendet werden, sowie Hartkunststoffe und Verbundwerkstoffe für Strukturkomponenten. Die Präzision von Werkzeugen wie dem automatischer Härteprüfer hilft, hohe Standards in dieser wichtigen Branche aufrechtzuerhalten.

6. Konsumgüter

Alltagsgegenstände wie Schuhsohlen, Handyhüllen und Sportartikel werden auf ihre Härte getestet, um Haltbarkeit und Benutzerzufriedenheit sicherzustellen. Beispielsweise erfordern weiche Materialien, die in Schuhsohlen verwendet werden, einen Härteprüfer mit Shore-A-Durometer, während harte Skaterollen von Shore-D-Härtetests profitieren.

7. Medizin und Gesundheitswesen

Durometer sind unverzichtbar beim Testen von medizinischem Silikon und Elastomeren für Produkte wie Schläuche, Implantate und Dichtungen. Die Härte spielt eine Schlüsselrolle bei der Gewährleistung der Biokompatibilität und Funktionalität in anspruchsvollen medizinischen Umgebungen.

8. Bau und Infrastruktur

Im Bauwesen müssen Materialien wie Dichtungsmassen, Klebstoffe und Isolierungen einer genauen Härteprüfung unterzogen werden, um sicherzustellen, dass sie den Anforderungen an strukturelle Integrität und Langlebigkeit entsprechen. Für schnelle Bewertungen werden vor Ort häufig tragbare Durometer eingesetzt.

Testverfahren und Best Practices

Für eine genaue Härteprüfung mit einem Durometer müssen standardisierte Verfahren befolgt werden, um zuverlässige Ergebnisse zu gewährleisten. Von der Probenvorbereitung bis zur Interpretation der Messungen spielt jeder Schritt eine entscheidende Rolle für die Erreichung von Konsistenz und Wiederholbarkeit.

1. Probenvorbereitung

• Stellen Sie sicher, dass das Material flach und mindestens 6 mm (¼ Zoll) dick ist. Stapeln Sie bei Bedarf Schichten, um Störungen durch die darunterliegende Oberfläche zu vermeiden.
• Reinigen Sie die Probe, um Schmutz oder Unregelmäßigkeiten zu entfernen, die die Genauigkeit beeinträchtigen könnten.

2. Durchführung des Tests

• Positionieren Sie den Durometer senkrecht zur Probenoberfläche.
• Wenden Sie bei manuellen Modellen einen konstanten Druck an; automatische Durometer übernehmen diesen Vorgang für eine verbesserte Genauigkeit.
• Halten Sie die Taste ruhig, bis sich die Anzeige stabilisiert (1–2 Sekunden), und notieren Sie das Ergebnis.
• Notieren Sie den Messwert auf dem Shore-Durometer Härtetester.

3. Shore-Durometer-Härteprüfverfahren

• Passen Sie die entsprechende Skala dem Material an (z. B. Shore A für weiche Materialien, Shore D für härtere).
• Testen Sie mehrere Probestandorte und berechnen Sie den Durchschnitt, um die Genauigkeit zu ermitteln.
• Vermeiden Sie Tests in der Nähe von Kanten, um inkonsistente Messwerte zu vermeiden.

4. Kalibrierung und Wartung

• Kalibrieren Sie den Durometer regelmäßig, um die Genauigkeit aufrechtzuerhalten.
• Schützen Sie das Gerät bei Nichtgebrauch und überprüfen Sie die Eindringspitze auf Verschleiß.

5. Tipps für genaues Testen

• Lassen Sie das Material sich an die Testumgebung gewöhnen, Die Temperatur kann die Ergebnisse beeinflussen.
• Verwenden Sie für einzigartige Materialien spezielle Härteprüfgeräte (z. B. Shore OO für weiche Schäume).
• Befolgen Sie anerkannte Standards wie ASTM D2240 für konsistente Ergebnisse.

6. Häufige Fehler, die es zu vermeiden gilt

• Testen von Proben, die zu dünn oder ungleichmäßig sind.
• Anwendung ungleichmäßiger Kraft mit manuellen Durometern.
• Das Ignorieren der Kalibrierung führt zu unzuverlässigen Ergebnissen.
• Vergleichen Sie Härtewerte über verschiedene Skalen (z. B. Shore A vs. Shore D), da diese Skalen nicht austauschbar sind.

Durch die Einhaltung dieser bewährten Methoden können Sie die Genauigkeit und Zuverlässigkeit Ihrer Härteprüfungen maximieren.

Abschließende Gedanken

Studien wie „Standardisierte Polymer-Durometrie“ und „Durometerhärte und Spannungs-Dehnungs-Verhalten von elastomeren Materialien“ belegen dies. Durometer bieten eine wissenschaftlich validierte Methode zur Sicherstellung der Materialleistung und -qualität.

Ein Durometer ist für jeden wichtig, der mit Materialien wie Gummi, Kunststoff oder Elastomeren arbeitet. Durch das Verständnis der Unterschiede in Skalen wie Shore A und Shore D und die Wahl des richtigen Shore-Durometer Härteprüfgerät können Sie genaue und wiederholbare Ergebnisse garantieren.

Egal, ob Sie sich auf ein einfaches analoges Modell oder ein Hightech-Durometer mit automatischer Messung verlassen, dieses Werkzeug ist die Grundlage für die Qualitätssicherung. Die ordnungsgemäße Verwendung, Kalibrierung und innovativen Funktionen sorgen dafür, dass Sie die Anforderungen der Branche zuverlässig erfüllen können.

References:

1. Mix, AW, & Giacomin, AJ (2011). Standardisierte Polymer-Durometrie: Über die Beziehung zwischen Elastizitätsmodul und Eindruck in Polymeren. Journal of Testing and Evaluation, 39(4), 696–705. https://doi.org/10.1520/JTE103255
2. Mix, AW, & Giacomin, AJ (2018). Genaue analytische Durometer-Härteskalen-Umrechnung: Shore, Barcol, Rockwell und IRHD. Journal of Testing and Evaluation, 46(5), 1995–2011.
3. Boyce, MC (2003). Durometerhärte und Spannungs-Dehnungsverhalten von Elastomermaterialien. Rubber Chemistry and Technology, 76(2), 419–435. https://doi.org/10.5254/1.3547745